杆底介质对应力波特性的影响研究

检测信号底端反射微弱,影响杆底信号的准确识别。通过在杆底附加对超声波绝缘的介质(沥青、橡胶)来增强锚杆底端检测信号的反射强度。依据检测信号的幅频、标准差、有效值、信号幅值等特征,分析锚杆底端不同介质对杆底信号的增强作用与在分级载荷条件下不同介质对应力波特性的影响,并通过数值模拟验证了此方法的有效性。研究结果表明:在杆底附加沥青或橡胶可以增强无损检测时锚杆的底端反射信号。该方法使应力波振幅、标准差、有效值增大,增加了检测信号强度,可以有效提高底端反射信号的识别精度;对附加不同介质的锚杆施加轴向载荷,随着荷载的增大,检测信号的有效值和幅值标准差会逐渐减小,固结波速会随着轴向载荷的增大而增大;在数值模拟中,杆底介质可以增大加速度幅值,减少能量衰减,波形特性更加明显;杆底反射信号与杆底介质弹性模量存在一定关系。

大跨度巷道顶板层面剪切失稳机理及支护方法

针对煤层巷道顶板的层状特征,基于梁的受力-变形原理和岩体粗糙结构面剪胀原理,分析大跨度巷道薄层状顶板结构在整个失稳过程中的受力特征和位移特征,揭示了大跨度巷道顶板结构在失稳过程中依次存在两端固定梁结构特征和三铰拱结构特征2个阶段,以及顶板岩层层面相对滑动是导致巷道顶板结构失稳的原因之一;在建立结构平衡条件的基础上给出了顶板基本结构的失稳判别条件;根据失稳判别条件提出了巷道顶板的锚固支护方式及相应的锚固强度计算公式。研究表明:岩层沿层面的滑动是引起巷道顶板岩层结构的失稳原因之一,层面的滑动引起剪胀效应和结构受力效应共同作用引起顶板岩层变形破断以致形成三铰拱结构;当巷道顶板岩层未发生破裂时,巷道顶板支护的重点是提供锚固应力维持层面满足不滑动条件。

基于岩体强度理论的巷道围岩稳定性分级

以岩体力学参数和巷道围岩应力场特征为基础,以Mohr-Columb强度准则+Griffith强度准则的联合准则为失稳判别条件,通过理论分析给出了巷道围岩稳定性判别指标及相应的分级标准,并在此基础上给出了各级围岩的建议支护形式。其成果应用于阳煤集团五矿后备区井底车场支护,现场检验证明合理可行。

岩体结构类型对深井巷道围岩的稳定性影响研究

针对阳煤五矿后备区井底车场岩层厚度变化大、岩体结构多样的特点,从岩体结构分类出发,通过分析不同岩体结构特征下巷道的应力场特征和破坏区域分布特征,研究岩体块度尺寸对巷道的稳定性影响,并通过数学拟合的方法建立了岩体块度尺寸与巷道围岩破坏程度间的关系表达式。研究结果表明:在其他条件相同情况下,岩体块度越小,巷道稳定性越差;岩体结构尺寸是巷道围岩稳定性分级的一个重要指标;巷道围岩稳定性程度可以参考公式x>1/R0ln(a-y0)

非均匀水平应力场中井壁结构的优化设计研究

为了寻求非均匀水平应力场中井壁的合理结构,克服传统等厚井壁在非均匀水平应力场中因应力分布不均而造成井筒结构局部挤压过度而发生破坏,本文用内壁为圆、外壁为椭圆的井壁结构代替原来的等厚井壁,利用有限元数值计算软件,对井壁结构的受力和变形进行数值模拟分析,运用有限元软件的优化设计模块,对特定条件下非均匀水平应力场中井壁的断面形状进行了优化设计研究.研究结果表明:非均匀水平应力场中,等厚度的圆形井筒内壁应力分布并非均匀,不利于井筒稳定性的保持;采用外壁为椭圆形,内壁为圆形的井壁结构,可实现井壁中应力分布状态基本均匀的效果;在外壁从圆形向椭圆形过渡中存在一个最优点,偏离最优点两端越远应力分布越不均匀,这个最优点就是井壁应力分布状态最均匀的状态点,此时井壁的变形、应力分布比较合理,对井筒的稳定性非常有利.

基于FLAC^(3D)的太原车站基坑变形影响因素研究

针对太原地铁首开工段明挖基坑所存在的地质条件复杂、漫滩特征显著、开挖面积大、施工工况复杂等问题,采用FLAC3D数值模拟的方法对车站开挖全过程进行仿真,研究了该种河漫滩地质条件下不同支护参数(插入比、钢支撑间距、预应力设置值)对太原漫滩地区明挖基坑的影响规律:墙后地表变形表现为明显的凹槽形,整体沉降量偏小;基坑变形随着插入比的增加而减少,但其减小速率逐渐变缓;基坑变形随钢管撑间距的增大呈近线性增大的趋势;预应力的提高对减小基坑变形影响甚微。

层状复合岩层巷道围岩耦合变形机制及控制研究

以某煤矿+1070南回风巷为工程背景,采用数值模拟、理论分析、工业试验等方法,分析了巷道围岩的结构特点和力学性质,基于弹塑性理论和巷道围岩的承载特征,提出了巷道围岩变形的"复合双梁"耦合作用模型。研究表明,层状复合围岩巷道的变形是一个耦合作用过程,巷道顶板的离层破坏会影响巷道两帮载荷的分布,进而影响巷道底板的载荷分布;随着顶板离层加剧,巷帮的压力逐渐增大,底板变形的不协调性增强,进而使巷道底鼓加剧;反之,巷道两帮和底板的破坏又会加剧顶板的离层失稳。最后,基于巷道围岩的"复合双梁"耦合作用机制和数值模拟研究结果,提出了相应的锚喷网联合支护形式,经现场监测表明该方法对巷道围岩变形的控制作用效果明显。

基于分层阈值化的红外弱小目标检测算法

针对红外小目标视频图像信噪比低,小目标没有固定的大小形状等特性,提出了一种基于分层阈值化的红外小目标检测技术。对每一个连通域的形状、大小、边缘特性等进行评估,删除伪目标。对于一些固有的背景干扰,则利用先跟踪后检测的方法去除干扰。实验表明该算法具有良好的适应性,对于低信噪比的图片仍然具有良好的效果。

锚杆无损检测实验与数值模拟研究

为验证分形理论中盒维数在锚杆无损检测中的有效性,以实验及数值模拟计算得到不同锚固条件下的锚杆加速度曲线的盒维数,分析盒维数的变化情况。研究结果表明,盒维数可以很好地反应出锚杆锚固状态特点。因此可以利用盒维数对锚杆的锚固状态进行有效的检查判断。

长壁开采条件下的巷道三岔口稳定性研究

采用理论分析和数值模拟方法,研究长壁开采条件下顺槽和开切眼相交的三岔口处煤柱、顶板、底板的应力和位移分布特征。研究结果表明:煤柱在三岔口拐角处形成较大的三角形卸压区,此处煤壁片帮严重;交叉口顶板下沉剧烈区和底鼓区集中在三岔口中心处。根据位移和应力分布特征确定出三岔口周围的危险区域半径大约是巷道的宽度,并建议此处加大锚杆支护的深度和密度。这一研究成果可给同类条件下的矿井建设提供参考。

中厚煤层工作面过空巷快速支护技术研究

为了回收中厚煤层工作面的煤柱和过空巷,以榆家梁煤矿52309工作面过空巷回收煤柱为例,通过室内单轴压缩试验及数值模拟,分析了泵送支柱的材料性能及不同支护方案的垂直位移、垂直应力以及塑性区变化情况,并进行现场窥探及矿压监测,验证泵送支柱的支护效果。结果表明:采用泵送支柱快速支护技术方案的支护效果最佳,泵送支柱具有速凝、较高的早期强度以及一定的让压变形能力,可有效支撑顶板,提高工作面过空巷速度,压缩生产成本。

不同土样冻胀融沉特性实验和数值模拟研究

为了研究土样、荷载、吸水量以及温度等因素对冻胀量和融沉量的影响,运用多功能冻胀融沉实验系统,分别以粉细砂、粉质黏土、黏质粉土和杂填土为研究对象,进行在试件周边和底部限制变形条件下顶部施加不同荷载的冻胀融沉实验。研究结果表明:①土样冻胀变化趋势主要分为三个阶段:缓慢冻胀阶段、快速冻胀阶段以及稳定冻胀阶段;②随着冻结温度的降低,土样冻胀量均逐渐增大,并最终趋于稳定;③冻结过程中吸水量和冻胀量成正比,变现出良好的想关性;④在试样上部施加荷载对试样的冻胀产生明显的抑制作用,随着荷载的加大,冻胀量逐渐减少最终接近于零;⑤无论土样是否受到载荷作用,粉质黏土的冻胀率均为最大,而杂填土的冻胀率最小,且黏质粉土的冻胀率大于粉细砂;⑥冻胀量对融沉量影响较大,冻胀量越大融沉量也越大,且融沉量大于冻胀量。研究成果对土体冻胀融沉的研究具有重要的指导意义。

基于温度影响下早期变形特征的混凝土凝结时间的确定

通过模板侧压力实验和温度实验,监测新浇混凝土24 h模板侧压力和24 h混凝土内部温度变化过程,研究由混凝土水化时释放的热量引起温度的变化而造成混凝土初凝前后的变化特征。将工程实验测得的初凝时间与贯入阻力法测得的初凝时间进行对比,结合混凝土早期变形特征,提出了确定混凝土凝结时间的新方法。实验结果显示:随着浇筑高度的增大混凝土模板侧压力也增大,当混凝土浇筑完成到混凝土初凝这段时间模板侧压力出现减小趋势,混凝土初凝后因温度升高发生膨胀,模板侧压力也随之增大;将混凝土模板侧压力再次增大的时间点定为混凝土初凝时间与贯入阻力法测试得到的初凝时间有良好的相关性。

太原河漫滩地区盾构施工中地下水位与地表沉降相关性研究

以太原地铁2号线中心街站—南中环街站区间为例,基于复变函数的映射变换得到地表沉降解析式,运用流固耦合原理分析盾构开挖地下水位埋深与地表沉降的关系,得到以下结论:在流固耦合的模式下,地下水位埋深越小,地表沉降值、最大主应力越大以及塑性区的范围也越大且塑性区未延伸至地表;利用Matlab得到地下水位埋深与最大地表沉降值的拟合公式;当地下水位埋深<5.42m时,盾构施工引起的地表沉降值超过规范允许最大地表沉降值,需采取防、降水等措施。

基于PFC^(2D)的等能量冲击波致裂岩体数值仿真研究

以炸药爆炸及水中脉冲放电爆炸等技术在油气井致裂过程中的应用为背景,借助离散元颗粒流计算软件PFC^(2D),从岩体的裂隙扩展及其内部的振动衰减2方面研究了具有相同能量、不同特征的冲击波对岩体的致裂作用规律。

盾构下穿石拱桥稳定性分析

太原地铁2号线双塔西街站-大南门站区间盾构隧道右线下穿一座具有保留价值的人行石拱桥。为确保石拱桥不因左侧基础下沉引起拱桥破坏,基于实测拱桥变形数据,采用MATLAB软件拟合拱桥形状的数学表达式,通过离散元软件分析加固条件和非加固条件下石拱桥的稳定性及破坏条件。结果表明:未采取加固措施的石拱桥因左侧基础沉降量过大在主拱圈左侧四分之一和拱顶处产生裂缝;同时采取地面加固和盾构隧道洞内径向注浆加固后的石拱桥,在盾构通过后未产生裂隙,且能正常承载,故在盾构穿过此石拱桥时需要采取相应的加固措施,确保拱桥的稳定性。

岩体结构类型与巷道围岩稳定程度的相关性研究

针对阳煤五矿后备区井底车场岩层厚度变化大、岩体结构多样的特点,从岩体结构分类出发,通过分析巷道的应力场特征和破坏区域分布特征研究不同岩体结构特征下巷道的稳定性。研究结果表明:同等条件下巷道稳定程度为整体结构>层状结构>块体结构>碎裂结构>散体结构;岩体结构尺寸是巷道围岩稳定性分级的一个重要指标;巷道围岩稳定性与岩体块度尺寸间的数学关系为y=y0+A·eRo·x。其研究成果对于巷道围岩分级以及巷道支护具有理论指导意义。

松软破碎硐室群围岩稳定性数值分析

为了确定平顶山矿区某矿井底车场硐室群加强支护的范围,给硐室加固提供技术支持,运用大型数值计算软件对矿井副井附近的硐室群开挖后围岩的应力场、位移场、破坏区进行了分析。研究表明:巷道开挖后,围岩应力重新分布,巷道两帮围岩出现生应力集中区和塑性破坏区。在巷道交叉处和巷道拐角处,二次应力场进行了叠加,叠加后部分区域的应力峰值达到原岩应力的2～3.17倍,围岩塑性破坏区域加大。硐室群的稳定性不同于单个巷道、硐室,存在集中应力叠加现象,在巷道交叉口和拐弯处尤其明显,巷道间距过小时,这种应力集中叠加会造成巷道稳定性控制困难。

深基坑开挖对极近距离大型建筑物的影响及加固技术研究

为保护某地铁站附近大型建筑物,采用数值模拟技术分析深基坑开挖在有无双排桩加固条件下基坑附近地段的应力和位移分布规律,分析双排桩加固对基坑开挖应力场和位移场的影响规律以及对极近距离大型建筑物的保护作用,并在现场基坑开挖施工过程中设置测点,观测保护建筑物距基坑开挖边界不同距离处地表的下沉。研究结果表明:深基坑开挖时会对周围土体应力场和位移场产生大的扰动,附近应力变化梯度和位移变化梯度大,容易造成建筑的剪裂和倾倒;双排加固桩的存在阻止了保护建筑物侧土体的侧向变形,使得基坑开挖后建筑物地基土体内的应力值仍能保持在一相对较高水平,且应力改变梯度和位移改变梯度较小;数值计算和现场观测表明该地铁站极近距离大型建筑物采用的双排桩加固可以使保护建筑物地基土体变形范围限制在安全许可范围。

含水压倾斜裂隙砂岩力学与渗流特性研究

为研究带压开采过程中煤层底板断层突水问题,利用三轴应力-渗流耦合试验系统对45°倾斜裂隙砂岩进行0、0.5、1、1.5、2 MPa裂隙水压条件下的三轴压缩渗流试验,研究不同水压条件下裂隙岩体力学特性与渗流特性的变化规律。结果表明:不同水压作用下,裂隙砂岩在三轴压缩下发生的破坏均为剪切滑移破坏,试件经历了裂隙压密、弹性变形、塑性破坏、剪切错动、残余强度等阶段;水压作用更容易造成试样发生剪切滑移,并且水压对岩体强度具有弱化作用,当水压从0增加到2 MPa,试件的三轴抗压强度从32.82 MPa降低为13.54 MPa,降幅58.74%。拟合分析表明,试件的弹性模量、峰值强度以及残余强度均随着水压的增大近似线性减小。裂隙渗流方面,渗透率随着水压的增大而增大;在峰前变形阶段,渗透率随着应变的增加呈指数函数关系递减;应力达到峰值强度后试件逐渐发生剪切错动,渗透率急剧增加;到残余强度阶段,渗透率发生微小波动但基本保持稳定。